ATG7 및 ATG14는 인간 대 식세포에서 세포질 및 식세포 결핵균 복제를 제한합니다

자연 미생물학 8권, 803~818페이지(2023)이 기사 인용

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자가포식은 결핵균(Mtb)을 포함한 세포내 미생물에 대한 세포 내재 면역 방어 메커니즘입니다. 식소체와 세포질에서 Mtb 감염을 제어하기 위해 표준 및 비정규 자가포식 기능이 어떻게 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. 대식세포는 Mtb에 대한 인간의 주요 숙주 세포입니다. 여기에서 우리는 일반적인 실험실 균주 H37Rv의 동일한 유전적 배경에서 생성된 Mtb 돌연변이 세트를 사용하여 유전적으로 다루기 쉬운 인간 유도 다능성 줄기 세포 유래 대식세포(iPSDM)에서 표준 및 비정규 자가포식의 기여를 연구했습니다. 우리는 단일 세포 고함량 이미징을 사용하여 ATG7 또는 ATG14가 부족한 iPSDM에서 정식 자가포식(Mtb ΔesxBA)을 유발할 수 없거나 비정규 자가포식(Mtb ΔcpsA)을 차단할 수 없는 Mtb 돌연변이의 복제를 모니터링했습니다. 우리는 iPSDM에서 CRISPR-Cas9에 의한 ATG7의 삭제로 인해 야생형 Mtb의 복제가 증가했지만 Mtb ΔesxBA 또는 Mtb ΔcpsA의 복제는 증가하지 않았음을 보고합니다. 우리는 ATG14의 삭제로 인해 Mtb 야생형과 돌연변이 Mtb ΔesxBA의 복제가 증가했음을 보여줍니다. Mtb 리포터와 정량적 이미징을 사용하여 우리는 Mtb를 포함하는 phagosome과 리소좀의 융합을 조절하여 세포 내 박테리아 제한을 가능하게 하는 ATG14의 역할을 확인했습니다. 우리는 인간 대식세포에서 Mtb 복제를 제한하는 데 ATG7과 ATG14가 모두 필요하다는 결론을 내렸습니다.

두 가지 주요 자가포식 경로는 세포내 병원체에 대한 숙주 방어에 관련되어 있습니다: 이종포식의 표준 경로1,2,3 및 LC3 관련 식세포작용(LAP)4,5이라는 비표준 경로. 제노파지(Xenophagy)는 새로운 자가포식소체 생합성이 리소좀을 표적으로 삼는 이중막 자가포식소체에서 박테리아를 포획하는 특수한 형태의 거대자가포식입니다6. 포식소체를 함유한 박테리아의 파열은 갈렉틴에 의해 인식되어 제노파지7,8를 시작하는 관강 탄수화물 부분이 세포질에 노출되도록 촉발합니다. 이종작용은 또한 막 손상 동안 숙주 및 병원체 단백질과 지질다당류의 유비퀴틴화뿐만 아니라 박테리아가 세포질로 빠져나가는 것에 의해 시작될 수 있습니다9,10. LAP에서 자가포식 단백질의 Atg8 계열 구성원은 단일 포식체 막에 직접 접합되어 포식체 성숙을 가능하게 합니다4. LAP에 대한 병원체의 표적화는 다른 결과를 갖는 것으로 나타났습니다. 어떤 경우에는 제한적이지만 다른 경우에는 박테리아 복제를 촉진합니다5. 기계적으로 LAP에는 Atg7, Atg3 및 Atg5-12-16L1의 LC3 지질화 기계와 PI3K 복합체(Beclin1, UVRAG, Rubicon, Vps34 및 Atg101) 및 NADPH 산화효소에 의한 반응성 산소종(ROS) 생성이 필요합니다. . LAP에는 xenophagy11에 필수적인 ULK1 복합체나 Atg14의 구성 요소가 필요하지 않습니다. 최근의 발전에도 불구하고, 세포내 병원체에 감염되는 동안 표준(xenophagy)과 비표준(LAP) 자가포식 반응 사이의 공간적 및 시간적 조절은 인간 대식세포에서 잘 특성화되지 않은 채 남아 있습니다.

제노파지(xenophagy)와 LAP가 결핵균(Mtb) 감염에 대한 숙주 대식세포의 반응에 역할을 한다는 증거가 있습니다2,12. 반면 Mtb는 자가포식을 방해하는 여러 박테리아 이펙터를 숙주 세포에 전달합니다13. 더욱이, Mtb는 차이 1(RD1)14,15,16 영역 내에서 암호화된 ESX-1 유형 7 분비 시스템(T7SS)과 세포벽 지질인 프티오세롤 디미코세로세이트의 조화된 작용을 통해 식세포막을 손상시키고 숙주 세포질로 들어갑니다. (PDIM)17,18,19,20. 자가포식에 대한 Mtb의 표적화 및 Mtb에 의한 회피는 매우 역동적이고 일시적으로 조절됩니다13,21. Mtb에 의한 식세포막의 손상은 복잡한 세관소포성 자가포식소체 구조(LC3-TVS)를 유도합니다. LC3-TVS 유도 후 Mtb는 자가포식소체 막에서 분리되어 이종작용을 피하고 세포질로 탈출합니다. Mtb의 나머지 phagosomal subpopulation은 phagosome 성숙 경로를 적극적으로 조작합니다. 그러나 세포질에 접근하는 박테리아의 하위 집단의 경우, 이종작용에 대한 표적화는 아마도 성공적일 것이며 제한으로 이어질 것입니다. LAP는 Mtb가 CpsA 분비를 통해 이 경로를 파괴하기 때문에 마우스 대식세포에서 Mtb 야생형(WT)의 제한에 기여하지 않습니다. CpsA는 NADPH 산화효소의 작용을 차단하여 식세포 ROS 및 LAP 활성화를 감소시킵니다.